quinta-feira, 2 de abril de 2015

Conhecendo e Entendendo a Formação dos Raios

        

Esta é uma das mais violentas manifestações da natureza. Manifestação que, em uma fração de segundos, pode produzir uma carga de energia tão alta cujos parâmetros podem chegam a:

  • 125 milhões de volts
  • 200 mil ampères 
  •  25 mil graus centígrados
Os Raios podem ser classificados de acordo com sua origem, assim, eles podem ser:
  • Da nuvem para o solo;
  • Do solo para a nuvem;
  • Entre nuvens.

A Formação de um Raio ocorre de forma rápida e violenta. Essa formação se dá a partir da grande diferença de potencial entre as cargas, positivas e negativas, entre nuvens e o solo ou até mesmo entre nuvens, e quando o campo elétrico de uma nuvem supera o limite de capacidade dielétrica do ar atmosférico, que normalmente varia entre 10000 volts/cm e 30000 volts/cm, dependendo das condições locais. 

O ar que está entre as cargas, ao se ionizar, torna-se condutor, permitindo assim que ocorra uma forte descarga elétrica. Devido a essa forte ionização do ar que está entre as cargas elétricas em movimento é que ocorrem os chamados relâmpagos, que é a parte visual de um raio. 

A parte sonora ocorre em virtude do aquecimento brusco e da rápida expansão do ar, produzindo assim uma forte pressão que se manifesta através do trovão, parte sonora. 

Sendo assim, relâmpago e trovão são conceitos diferentes, mas que tem origem no mesmo fenômeno, o Raio.

A ionização da nuvem ocorre em razão das milhares de colisões das partículas de gelo que se encontram no seu interior, esta é uma das teorias aceitas. 

Outra causa, que não exclui a primeira, estaria em efeitos resultantes da diferença de condutividade elétrica do gelo em face das diferenças de temperatura no interior da nuvem. Durante as colisões, as partículas de gelo se rompem, perdendo elétrons e transformando em íons, o que torna a nuvem eletricamente carregada.


Mecanismos de Defesa Contra Raios: 



As consequências das descargas elétricas de um raio podem ser desastrosas, em razão da grande quantidade de energia que é liberada durante a descarga. 

Foram criados vários dispositivos que protegem contra os raios, porém o mais conhecido deles é o para-raios, criado por Benjamin Franklin após a descoberta da eletricidade e do raio.

Outras medidas preventivas podem ser tomadas no intuito de manter-se seguro contra raios, como:

* Evitar condutores, tais como: antenas, água, materiais elétricos, etc.

* Durante uma tempestade, evitar lugares abertos, não ficar sob árvores, elevações, etc.

Durante uma tempestade, Não tomar banho, pois no caso de uma descarga de alto potencial a água pode conduzir energia elétrica.



Para que um raio possa ocorrer é necessário que existam cargas de sinais opostos entre nuvens ou entre nuvens e o solo, quando isso ocorre, a atração entre as cargas é tão grande que provoca a descarga elétrica. 

Tais cargas foram nomeadas de cargas positivas e cargas negativas por Benjamin Franklin, por volta de 1750, século XVIII, quando esse realizou grandes descobertas sobre a eletricidade. 

Além de identificar o sinal das cargas, positivas e negativas, Franklin demonstrou de modo experimental que os Raios são um fenômeno de natureza elétrica.

Um Raio dura em média meio segundo. Nesse intervalo de tempo vários fenômenos ocorrem, entre eles os fenômenos físicos e climáticos. 

De acordo com a variação do clima os raios podem ser mais ou menos intensos. Algumas regiões do planeta têm tendência para a formação de descargas elétricas, originando os raios.

Como se formam os raios?

Para que surjam raios, é necessário que, além das gotas de chuva, as nuvens de tempestade tenham em seu interior três ingredientes: 

* Cristais de gelo, água quase congelada e granizo. 

Tais elementos se formam na faixa entre 2 e 10 quilômetros de altitude, onde a temperatura fica entre 0 ºC e -50 ºC. 

Com o ar revolto no interior da nuvem, esses elementos são lançados pra lá e pra cá, chocando-se uns contra os outros. Com isso, acabam trocando de carga entre si: alguns vão ficando cada vez mais positivos, e outros, mais negativos. Os mais pesados, como o granizo e as gotas de chuva, tendem a ficar negativos.

Por causa da gravidade, o granizo e as gotas de chuva se acumulam na parte de baixo, que vai concentrando carga negativa. Mais leves, os cristais de gelo e a água quase congelada são levados por correntes de ar para cima, deixando o topo mais positivo. 
Começa a se formar um campo elétrico, como se a nuvem fosse uma grande pilha. Essa dupla polaridade da nuvem é reforçada ainda por dois fenômenos físicos externos a ela. 
Acima, na região da ionosfera, os Raios solares interagem com moléculas de ar, formando mais íons negativos. 
No solo, por outro lado, diversos fatores contribuem para que a superfície fique eletricamente positiva. 
Essa polarização da nuvem cria um campo elétrico descomunal: se as redes de alta tensão têm cerca de 10 mil W (watts) de potência, no céu nublado a coisa chega a 1 000 GW (gigawatts)! Tamanha tensão começa a ionizar o ar em volta da nuvem - ou seja, ele passa de gás para plasma, o chamado quarto estado da matéria. Começa então a se formar um caminho de plasma em direção ao solo. 
Por ter elétrons livres, o plasma é um bom condutor de eletricidade. Com isso, acaba fazendo a ponte até a superfície para que a tensão da nuvem possa ser descarregada. Enquanto o tronco principal desce rumo ao solo, surgem novos ramos tentando abrir passagem. 
Quando um tronco principal está próximo do solo, começa a surgir uma massa de plasma na superfície. Essa massa vai subir até se conectar com o veio que desce e, então, fechar o circuito. É por isso que, se alguém estiver perto de onde o fenômeno está rolando, vai perceber os pelos do corpo se eriçando. 
Quando o caminho se fecha, rola uma troca de cargas entre a superfície e a nuvem e - zap! - temos o relâmpago! A espetacular faísca é fruto do aquecimento do ar, enquanto o ribombar do trovão vem da rápida expansão da camada de ar. 
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Referências:
https://www.youtube.com/watch?v=p5niDD1eA9c
http://www.brasilescola.com/fisica/raios.htm
http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-se-formam-os-raios
http://www.cdcc.usp.br/fisica/Perguntas/Eletromagnetismo/PR_Eletro-001.html
http://www.inpe.br/webelat/homepage/